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Les principes de l'holographie ont été découverts par Dennis Gabor vers 1947. Le futur prix Nobel de physique cherchait un moyen d'améliorer la résolutionrésolution des microscopes électroniquesmicroscopes électroniques afin d'observer des atomes formant des réseaux cristallins. En théorie, l'onde associée par de Broglie à un électron possédait une longueur d'onde suffisamment petite dans les microscopes de l'époque pour que la limite imposée par la diffraction à la résolution de ces derniers ne soit pas un obstacle.
Malheureusement, il existait une autre limite théorique découlant en pratique de ce qui tient le rôle d'une lentillelentille dans un microscope électronique. Un effet d'aberration sphérique ruinait les efforts pour obtenir une image de bonne qualité si l'on voulait atteindre la résolution voulue.
La révolution du laser
Gabor réalisa cette année-là que, si l'on enregistrait non pas seulement l'intensité mais aussi la phase des ondes de matièrematière, on pouvait contourner le problème. En mettant en principe cette idée, il devint rapidement clair que des hologrammeshologrammes pouvaient aussi être réalisés avec de la lumièrelumière.
Les idées de Gabor ne rencontrèrent que peu d'échos jusqu'à ce que l'on réalise les premiers lasers. C'est donc au début des années 1960 que la carrière des hologrammes débuta vraiment, devenant plus tard une icôneicône populaire comme le montrent bien les films Star Wars.
De nos jours, on sait voir des atomesatomes avec un microscope électronique. Mais à l'époque de Gabor, il n'existait pas de faisceaux d'électrons suffisamment cohérents pour réaliser des hologrammes, comme ce qui a été rapidement fait pour la lumière. Un groupe de chercheurs du FOM-Institute AMOLF d'Amsterdam et du Max BornMax Born Institute de Berlin vient d'effectuer en quelque sorte un retour aux sources en utilisant un laserlaser pour produire des électrons cohérents et produire des hologrammes d'atomes.
Le retour aux ondes de matière
Grâce au laser à électrons libreslaser à électrons libres FELICE (Free Electron Laser for Intracavity Experiments) du FOM-Institute, il est possible d'arracher des électrons à des atomes de xénonxénon puis de renvoyer ces particules en direction des ionsions ainsi produits. Une partie des électrons arrachés par la lumière infrarougeinfrarouge du laser ne subit pas l'influence des ions. L'autre partie est affectée par leur champ électrostatiqueélectrostatique. En combinant et en enregistrant les deux faisceaux d'électrons produits, on obtient finalement l'hologramme prédit et recherché par Gabor.
En utilisant ces hologrammes pour développer un nouveau type de spectroscopie avec des photoélectrons ultrarapides, les chercheurs pourraient être en mesure de mesurer directement les mouvementsmouvements des électrons et des ions sur une échelle de temps de l'ordre de l'attoseconde. Une perspective particulièrement utile pour comprendre les réactions chimiquesréactions chimiques au niveau le plus fondamental, en particulier dans les moléculesmolécules qui ne peuvent pas être facilement étudiées par d'autres méthodes.
